气相聚丙烯装置长周期稳定运行的策略

时间：2024-07-28

刘道勋

（中国石油广西石化公司，广西钦州 535000）

某公司引进美国DOW 化学Unipol 气相聚丙烯工艺装置，设计生产负荷为20 万t·a-1。该装置主要由原料精制系统、聚合反应系统、尾气回收系统、造粒风送系统、包装码垛等系统组成。原料丙烯、氢气、氮气精制后，在催化剂的作用下，在反应器中发生聚合反应，生成聚丙烯树脂粉末产品。粉末产品送至造粒系统，加入一定比例的添加剂并融熔混炼后，生成颗粒状的聚丙烯颗粒产品。公司以装置长周期稳定运行为目标，重点开展了以下几个方面的技术攻关和优化。

1 原料精制优化

根据工艺包设计值，对装置原有的丙烯、氢气、氮气的质量要求进行了工艺卡片化，通过在线分析仪和采样分析双手段，对上游装置来的原料进行重点监控，全面分析原料中的丙烯、水、醇类、硫类、一氧化碳、二氧化碳等杂质的含量。丙烯中的一氧化碳、二氧化碳等轻组分杂质，通过优化丙烯汽提塔的温度、压力、蒸汽液位和加热蒸汽流量等来提高分离效果。原料丙烯中的含硫类物质，通过丙烯脱硫塔（双塔，一用一备，可定期再生）脱除；丙烯中的水和醇类物质通过丙烯一级干燥塔（双塔3A 分子筛吸附剂，一用一备，可定期再生）和丙烯二级干燥塔（双塔3A 分子筛吸附剂，一用一备，可定期再生）脱除；丙烯中的砷类物质通过丙烯脱砷塔脱去；丙烯中的二烯烃和不饱和炔烃通过在丙烯脱MAP 塔中与氢气发生反应生成烷烃和丙烯而脱除。丙烯一级干燥塔一般30d 切换再生1 次，丙烯二级干燥塔和丙烯脱硫塔一般60d 切换再生1 次，氮气脱氧床、氮气干燥床、氢气干燥床一般90d 切换再生1 次。如果原料相应的含量偏高，可进行综合评估后，缩短相应塔的切换再生周期。丙烯脱砷剂和丙烯脱MAP 剂不可再生，一般设计使用周期为4～5 年。装置需根据原料状况和剂的实际吸附脱除杂质的效果进行评估，及时开展换剂。原料精制优化后提高了原料精制效果，可为聚合反应提供高质量的原料，确保了聚合催化剂活性和反应器的稳定性。

2 催化剂选型

Unipol 气相聚丙烯工艺装置的核心技术之一，是主催化剂及配套的外给电子体。通过优化对比，选用了性能稳定、活性高、性价比高的钛系主催化剂。不同的主催化剂配套不同的外给电子体，因此，选用与主催化剂相匹配的外给电子体很重要。外给电子体主要用于调节聚丙烯产品等规度，选用合适的外给电子体，不但可以控制好产品的等规度，对聚合反应也具有一定的控制作用，可避免聚合反应过于剧烈和反应超温结块，以有效降低装置的运行风险。

3 生产工艺优化

在不同的牌号和不同的生产负荷下，聚丙烯装置应控制好不同的铝硅比和铝钛比，通过APC 先进过程控制系统，控制好氢气/丙烯比，优化好反应器中丙烯、氮气、丙烷、氢气等组分的浓度。尤其是丙烷浓度，需控制好原料丙烯中丙烷的含量和回收系统中丙烷的外送量，确保反应器内的丙烷浓度在一个动态平衡的合理的范围内[1]。优化控制好反应器循环气的表观气速，不同的负荷下，控制好不同的循环气冷凝量。优化控制好反应器的“干湿”程度，保证反应器上下床层的密度均在一个稳定合适的范围内保持动态平衡。通过静电仪监控反应器的静电情况，出现静电波动偏大的情况时，应及时调整丙烯加入量，控制反应器在相对“湿”的状况，可提高反应器抗静电能力。若静电波动持续偏高不可控，可采取注入一氧化碳、降低生产负荷、暂时停止注入主催化剂等措施，将反应器控制稳定后再重新投主催化剂。通过优化造粒的热油温度、颗粒水温度、颗粒水pH 值、切刀转速、模板温度、筒体温度、出料段温度等工艺参数，提高了挤压造粒机的长周期运行稳定性。

4 关键设备特护

对聚丙烯装置的循环气压缩机、回收气压缩机、挤压造粒机三大核心机组设备和PDS 排料系统实行特护，管理技术人员、操作人员、维保人员“三位一体”，定时上岗巡检，并填写《关键设备特护记录》等技术台账记录。记录内容包括检查时间、主要参数、发现的异常情况及处理方法、处理日期、处理结果、检查人、维修人签字等内容。对核心部件和PDS阀门，强化备品备件管理。对挤压造粒机的主电机、切刀、离合器、模板等部件常出现的问题进行攻关，解决挤压造粒机的长周期稳定性问题，提高了挤压造粒机组的长周期运行水平[2]。